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海底长周期地震动预测模型:以日本相模湾海域为例

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振动与冲击 2024年第5期43卷 188-201页

作者：田浩胡进军谭景阳靳超越刘名吉中国地震局工程力学研究所哈尔滨150080 中国地震局地震工程与工程振动重点实验室哈尔滨150080 华中科技大学土木与水利工程学院武汉430074

地震动反应谱预测模型是地震危险性分析的基础,基于日本K-NET台网相模湾地区的892组海域地震动数据和4 033组陆域地震动数据,考虑震级、震源距、震源深度以及震源类型和场地,建立了PGA和0.05~15.0 s的海域地震动加速度反应谱预测模型。... 详细信息

地震动反应谱预测模型是地震危险性分析的基础,基于日本K-NET台网相模湾地区的892组海域地震动数据和4 033组陆域地震动数据,考虑震级、震源距、震源深度以及震源类型和场地,建立了PGA和0.05~15.0 s的海域地震动加速度反应谱预测模型。通过残差分析以及相关性分析检验了模型的合理性,并分析了震源类型以及震源深度对反应谱的影响,对比了海陆地震动预测模型的差异。结果表明:震源类型以及震源深度对模型预测结果影响显著,水平向海域模型以及长周期(T≥1.0 s)竖向海域模型所预测反应谱大于陆域模型所预测的反应谱值,且水平向和长周期竖向模型的场地放大系数均大于1。该模型可为长周期海域地震动模型的建立和概率地震危险性分析提供参考,为长周期海域工程的抗震设防提供依据。

关键词：海域地震动长周期地震动预测模型随机效应模型海域工程

基于能力谱的弯剪复合型金属阻尼器加固既有混凝土框架性能化抗震设计方法

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工程力学 2024年第7期41卷 78-87页

作者：郭磊王静峰王涛王翰斓中国地震局工程力学研究所地震工程与工程振动重点实验室黑龙江哈尔滨150080 中国地震局工程力学研究所地震灾害防治应急管理部重点试验室黑龙江哈尔滨150080 合肥工业大学土木与水利工程学院安徽合肥230009 安徽省先进钢结构技术与产业化协同创新中心安徽合肥230009

随着近年来中国对建筑结构的抗震性能要求不断提高,既有混凝土框架难以满足多水准抗震性能标准的要求,采用金属阻尼器加固既有混凝土框架可显著提高其抗震性能,有利于满足现有抗震性能目标,然而目前对于相应的的性能化抗震设计方法研究... 详细信息

随着近年来中国对建筑结构的抗震性能要求不断提高,既有混凝土框架难以满足多水准抗震性能标准的要求,采用金属阻尼器加固既有混凝土框架可显著提高其抗震性能,有利于满足现有抗震性能目标,然而目前对于相应的的性能化抗震设计方法研究尚不充分。该文提出了基于能力谱的金属阻尼器加固既有混凝土框架抗震性能化设计方法,为了实现不同烈度地震下的多性能水准目标,采用具有多阶屈服特征的弯剪复合型金属阻尼器。基于对既有混凝土框架的静力推覆分析,将框架的推覆曲线转化为等效的双折线能力谱,设定加固后结构在多遇、设防和罕遇地震下的层间位移角性能目标,确定结构能力谱曲线和需求谱曲线的交点。考虑金属阻尼器进入屈服阶段后的附加阻尼比,计算出结构在不同烈度地震下的等效阻尼比,根据性能点计算出金属阻尼器剪切和弯曲芯板的屈服承载力。基于上述设计方法对4层、6层和9层既有混凝土框架进行加固,通过OpenSees软件建立弹塑性分析模型,并通过试验结果验证了模型的准确性,通过时程分析结果表明了加固后的结构满足预定的性能目标,证明了提出的设计方法的可靠性和有效性。该文研究成果将为金属阻尼器加固既有混凝土框架的抗震设计提供理论依据。

关键词：能力谱弯剪复合型金属阻尼器既有混凝土框架抗震设计方法加固设计

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细聚丙烯纤维混凝土介观离散力学模型及其Ⅰ型断裂强度负效应机理

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工程力学 2024年第4期41卷 11-18页

作者：沈雷吴杰邓通发曹茂森徐磊李田雨河海大学水利水电学院江苏南京210024 江西理工大学环境岩土与工程灾害控制重点实验室江西赣州341000 河海大学工程力学系江苏南京210024 滁州学院安徽省桥梁结构数据诊断与智慧运维国际联合研究中心滁州239099

细聚丙烯(PP,直径小于100μm)纤维混凝土Ⅰ型断裂强度随纤维含量增加呈现先增后减的变化规律,其机理尚不明晰。而且由于纤维数量过多,现有数值方法无法精细刻画细纤维混凝土力学行为。对此通过考虑细PP纤维亲水性提升基体局部水灰比的... 详细信息

细聚丙烯(PP,直径小于100μm)纤维混凝土Ⅰ型断裂强度随纤维含量增加呈现先增后减的变化规律,其机理尚不明晰。而且由于纤维数量过多,现有数值方法无法精细刻画细纤维混凝土力学行为。对此通过考虑细PP纤维亲水性提升基体局部水灰比的强度正效应和纤维桥接力强度贡献低于砂浆的强度负效应,并引入纤维直径等效系数(rf),实现介观尺度细聚丙烯纤维混凝土(PFRC)力学行为模拟。研究表明:纤维直径等效系数(rf)建议小于10;当纤维微量添加时,细PP纤维提升基体局部水灰比,使基体强度上升,此时正效应高于负效应;随着纤维含量增加,由于纤维桥接力贡献无法补偿相应面积基体强度,负效应持续增长,PFRC宏观Ⅰ型断裂强度下降。

关键词：细聚丙烯纤维混凝土介观离散模型 Ⅰ型断裂强度

点振型埋地超材料带隙机理及地震波衰减性能研究

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工程科学与技术 2024年

作者：赵春风高志伟王胤植合肥工业大学土木与水利工程学院中国地震局工程力学研究所中国地震局地震工程与工程振动重点实验室

超材料隔震屏障作为一种新型的建筑结构减隔震技术近年来得到了广泛的关注和研究，但是已有的研究普遍存在体积大和带隙较窄的问题。论文提出了一种内部结构由钢块和橡胶柱交替排列而成、外部由钢板围成的点振型埋地超材料。首先，通过... 详细信息

超材料隔震屏障作为一种新型的建筑结构减隔震技术近年来得到了广泛的关注和研究，但是已有的研究普遍存在体积大和带隙较窄的问题。论文提出了一种内部结构由钢块和橡胶柱交替排列而成、外部由钢板围成的点振型埋地超材料。首先，通过理论推导和有限元计算得到超材料的能带结构和频响关系，并结合其振型分析了带隙的形成机理；其次，研究了屏障层数和正斜入射波对超材料滤波特性的影响规律，参数化分析了填土层数、橡胶密度及弹性模量对超材料带隙的影响，并进一步计算了超材料在考虑分层土时的滤波特性；最后，采用主频率分别为0.7Hz、5Hz、8Hz的人工波和El-Centro等地震波对超材料屏障进行时程分析。结果表明：点振型埋地超材料由于局域共振效应可以产生较宽的低频带隙且与频率响应的衰减范围相对应；多层屏障并不能显著提高滤波效果，超材料对正斜入射波都具有很好的衰减作用，较少的填土层数、密度较大和弹性模量较小的橡胶有利于拓宽低频带隙，分层土相比均匀土带隙拓宽了5.04Hz；超材料对处于带隙内的人工波和地震波的衰减率均超过60%，且不会对频率带隙外的地震波产生放大作用。论文的研究内容可为设计低频宽带隙的地震超材料结构提供一定的借鉴和参考。

关键词：地震波超材料带隙局域共振

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单质点周期结构超材料带隙分析和调谐

振动工程学报 2024年

作者：赵春风陈青杰曾超王胤植合肥工业大学土木与水利工程学院中国地震局工程力学研究所中国地震局地震工程与工程振动重点实验室

周期性排列的超材料存在特定带隙，可以衰减频率处于带隙内的弹性波。本文基于能量转换的原理分析了单质点周期结构带隙的产生机理，推导了一维单质点周期结构弹性波的频散方程并得到了布拉格带隙与局域共振带隙起始和截止位置的理论解... 详细信息

周期性排列的超材料存在特定带隙，可以衰减频率处于带隙内的弹性波。本文基于能量转换的原理分析了单质点周期结构带隙的产生机理，推导了一维单质点周期结构弹性波的频散方程并得到了布拉格带隙与局域共振带隙起始和截止位置的理论解。利用数值方法分析了系统质量比和刚度比对带隙位置及宽度的影响，研究了不同维度下的衰减常数。通过局域共振光带揭示了两种机制耦合位置的变化规律。建立有限单质量周期结构传输分析模型，通过频域分析和时域分析方法分别得到了透射谱曲线及系统x方向的动力响应，验证了理论简化分析方法的有效性及带隙结构和衰减特性的真实性。讨论了模型的局限性。结果表明：单质点周期结构有效衰减了位于带隙内的谐振波；相对于调节质量比，通过调节等效刚度比可以更有效地调整带隙宽度及带隙的耦合位置。研究结果可用于主动调谐带隙超材料的设计，适用于实际环境中不同弹性波传播的衰减需求。

关键词：周期结构超材料带隙耦合带隙调节衰减常数

W/Ta纳米层状金属的拉伸力学性能和塑性变形机制

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振动工程学报 2024年

作者：刘雪鹏颜家豪合肥工业大学土木与水利工程学院工程力学系合肥工业大学机械工程学院机械设计工程系合肥工业大学航空结构件成形制造与装备安徽省重点实验室

W/Ta纳米层状金属是一种典型的BCC/BCC结构的层状金属材料，在核聚变装置中具有广阔的应用前景。本文采用原子尺度分子动力学方法研究了W/Ta纳米层状金属在单轴拉伸过程中的力学性能和塑性变形行为，进一步分析了调制周期对W/Ta纳米层... 详细信息

W/Ta纳米层状金属是一种典型的BCC/BCC结构的层状金属材料，在核聚变装置中具有广阔的应用前景。本文采用原子尺度分子动力学方法研究了W/Ta纳米层状金属在单轴拉伸过程中的力学性能和塑性变形行为，进一步分析了调制周期对W/Ta纳米层状金属力学响应的影响。结果表明，W (110)/Ta (110)界面上会形成网络状的失配位错结构，它不仅可以作为位错成核的源头也可以吸收层状金属结构中的位错。微结构演化分析表明，拉伸过程中主要经历三个变形阶段，即线弹性、塑性屈服和流变阶段。位错首先在Ta层中形核扩展，导致应力急剧下降，随后Ta层中的位错穿越界面至W层中并增殖扩展，导致W层发生屈服。试样的塑性屈服主要是由Ta层主导，流变阶段的塑性变形由W层和Ta层中的位错及其演化共同决定。调制周期越大，界面数量越少，Ta层中位错形核较少，同样位错被界面吸收的数量较少而且界面阻碍位错的效果弱化，因此屈服强度和平均流变强度分别增加和降低.

关键词：纳米层状金属分子动力学模拟力学性能塑性变形机制调制周期

不同波纹钢-混凝土板复合结构水下抗爆机理及损伤等级预测

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爆炸与冲击 2024年第6期44卷 73-89页

作者：曹克磊付乔峰赵瑜华北水利水电大学水利学院河南郑州450046 华北水利水电大学土木与交通学院河南郑州450045

为探究不同波纹钢-混凝土板复合结构的水下抗爆机理,采用光滑粒子流体动力学与有限单元(FEM-SPH)耦合方法模拟混凝土板在水下接触爆炸下的损伤过程,并与试验结果对比,以验证数值方法的有效性;采用FEMSPH方法探究不同防护方案下墙面板毁... 详细信息

为探究不同波纹钢-混凝土板复合结构的水下抗爆机理,采用光滑粒子流体动力学与有限单元(FEM-SPH)耦合方法模拟混凝土板在水下接触爆炸下的损伤过程,并与试验结果对比,以验证数值方法的有效性;采用FEMSPH方法探究不同防护方案下墙面板毁伤过程及失效模式,揭示其水下防爆机理,并构建出墙面板损伤等级预测曲线。研究结果表明:模拟结果与试验结果较为吻合,验证了模拟方法的有效性;在含12 mm厚波纹钢的复合结构(T-12)、含75°夹角的波纹钢复合结构(A-75)和含厚70 mm波纹钢的复合结构(WH-70)三种防护方案下,墙面板的毁伤范围较未加固墙面板最大降幅分别为83.0%、81.6%和82.5%;预测曲线可以直观评估出炸药量和复合结构中波纹钢波高变化对墙面板损伤等级的影响。

关键词：波纹钢-混凝土板复合结构毁伤演化特征水下抗爆机理损伤等级预测

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重载铁路非饱和路基三维动力响应分析

铁道学报 2024年

作者：杜业峰崔新壮包振昊李向阳郝建文张圣琦重庆大学土木工程学院山东大学土建与水利学院

基于扩展Biot孔隙理论，建立交通荷载作用下轨道-轨枕-道砟-非饱和路基耦合三维动力学模型；利用双重Fourier变换得到频域内路基土三维动力响应的半解析解；采用数值积分方法得到土体动力响应时程曲线，并计算出土体的应力路径；在大秦... 详细信息

基于扩展Biot孔隙理论，建立交通荷载作用下轨道-轨枕-道砟-非饱和路基耦合三维动力学模型；利用双重Fourier变换得到频域内路基土三维动力响应的半解析解；采用数值积分方法得到土体动力响应时程曲线，并计算出土体的应力路径；在大秦重载铁路开展动应力现场测试，验证动力学模型的正确性，研究不同列车轴重、速度、土体饱和度等对非饱和路基三维动力响应和应力路径的影响。结果表明：列车速度对水平正应力σx和σy影响显著，而对于竖向正应力σz和剪应力τxz影响并不明显；各项动力响应参数均随着列车轴重的增加而等比提高；随着深度的变化，各项动力响应曲线的波形也会随之变化，深度越深，曲线峰值个数越少；移动列车荷载会引起路基土单元应力主轴旋转，随着深度的增加，应力路径逐渐由四圈缩减为一圈。该研究对重载铁路路基结构设计与服役性能提升具有重要理论价值。

关键词：重载铁路三维动应力现场测试理论计算应力路径

基于速凝浆液流–固相变特性的裂隙岩体注浆扩散机制

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岩石力学与工程学报 2024年第5期43卷 1190-1203页

作者：张连震黄长鑫张庆松裴妍李志鹏杨文东刘军王晓晨中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院山东青岛266580 山东大学土建与水利学院山东济南250061 山东交通学院交通土建工程学院山东济南250357 山东建筑大学土木工程学院山东济南250101

速凝类浆液流–固相变特性对裂隙岩体注浆扩散过程具有显著影响。为揭示速凝浆液裂隙岩体注浆扩散机制,以水泥–水玻璃浆液(C-S浆液)作为典型速凝浆液,提出采用基于屈服应力、黏度均随时间变化的Bingham流变本构模型描述速凝浆液流–固... 详细信息

速凝类浆液流–固相变特性对裂隙岩体注浆扩散过程具有显著影响。为揭示速凝浆液裂隙岩体注浆扩散机制,以水泥–水玻璃浆液(C-S浆液)作为典型速凝浆液,提出采用基于屈服应力、黏度均随时间变化的Bingham流变本构模型描述速凝浆液流–固相变特性,并通过室内试验获得C-S浆液的屈服应力、黏度时变方程,在此基础上建立速凝浆液裂隙注浆扩散过程理论模型。开展恒定注浆速率下的C-S浆液裂隙注浆模拟试验,获得注浆压力–时间关系与浆液压力空间分布情况,并对理论计算结果进行正确性验证,揭示速凝浆液屈服应力与黏度的时空分布特征,以及静水阻力、流体相阻力、固体相阻力三者在注浆扩散过程中的变化规律。研究结果表明:在C∶S体积比为1∶1,2∶1,3∶1三种工况下,C-S浆液的剪切应力–剪切速率关系均符合Bingham流变本构关系模型,随着C∶S体积比的增加,浆液流–固相变起始时间与结束时间均显著缩短,浆液屈服应力与黏度峰值均显著增加;相比试验结果,基于屈服应力与黏度均随时间变化的Bingham模型、屈服应力固定的Bingham模型、Newton模型的注浆压力计算结果最大误差分别为12.73%~19.62%,20.12%~29.44%,21.84%~31.35%,说明前1种模型优于后2种模型;在整个裂隙注浆扩散过程中,浆液流体相阻力先由0%快速增加至峰值,然后缓慢下降,固体相阻力在整个注浆扩散过程中一直呈近似线性增加趋势。不同C∶S体积比对注浆结束时刻的流体相阻力占比、固体相阻力占比影响不显著,注浆结束时刻的流体相阻力占比为81.7%~82.9%,固体相阻力占比为15.7%~17.3%。

关键词：岩石力学速凝浆液流–固相变特性裂隙注浆流变本构关系模拟试验

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